|
|
|
Главная --> Справочник терминов Напряжения возникающие Для получения объемной нити эластик пригодны синтетические нити, обладающие термопластичностью, поэтому эластик производится в основном из полиамидных и полиэфирных нитей. Процесс изготовления эластика заключается в раскручивании термофикси-ровашюй крученой нити. Сущность этого процесса состоит в том, что напряжения, возникшие в нити в результате первой крутки, снимаются термI]ческой обработкой и возникают вновь при рас-кручипапии нити. Благодаря этому нить приобретает стабильную извитость спиралевидной формы, придающую ей пушистость. Растрескивание происходит под влиянием внешних и внутренних напряжений 1Й. Внутренние напряжения — это напряжения, возникшие в процессе изготовления образца и взаимно уравновешенные Чтобы сравнить сорбционные свойства полимера с развивающимися в нем внутренними напряжениями, необходимо знать концентрационный коэффициент линейного расширения р. Для определения р измеряют длину тонкой пластинки отвержден-ного полимера в специальной кювете в процессе набухания в воде или ее парах. Общее линейное расширение смолы ЭД-20, отвержденной НЭПА, составляет 1,73% и равно термическому расширению при нагревании от 20 до 120—150 °С. Из этих данных следует, что сорбция паров воды или набухание может снять напряжения, возникшие в процессе отверждения полимера при повышенных температурах и последующем его охлаждении. Эти значения можно считать типичными для эпоксидных поли* меров. Для получения объемной нити эластик пригодны синтетические нити, обладающие термопластичностью, поэтому эластик производится в основном из полиамидных и полиэфирных нитей. Процесс изготовления эластика заключается в раскручивании термофикси-рованной крученой нити. Сущность этого процесса состоит в том, что напряжения, возникшие в нити в результате первой крутки, снимаются термической обработкой и возникают вновь при раскручивании нити. Благодаря этому нить приобретает стабильную извитость спиралевидной формы, придающую ей пушистость. Чтобы сравнить сорбционные свойства полимера с развивающимися в нем внутренними напряжениями, необходимо знать концентрационный коэффициент линейного расширения р. Для определения р измеряют длину тонкой пластинки отвержден-ного полимера в специальной кювете в процессе набухания в воде или ее парах. Общее линейное расширение смолы ЭД-20, отвержденной НЭПА, составляет 1,73% и равно термическому расширению при нагревании от 20 до 120—150 °С. Из этих данных следует, что сорбция паров воды или набухание может снять напряжения, возникшие в процессе отверждения полимера при повышенных температурах и последующем его охлаждении. Эти значения можно считать типичными для эпоксидных полимеров. Для получения объемной нити эластик пригодны синтетические нити, обладающие термопластичностью, поэтому эластик производится в основном из полиамидных и полиэфирных нитей. Процесс изготовления эластика заключается в раскручивании термофикси-рованной крученой нити. Сущность этого процесса состоит в том, что напряжения, возникшие в нити в результате первой крутки, снимаются термической обработкой и возникают вновь при раскручивании нити. Благодаря этому нить приобретает стабильную извитость спиралевидной формы, придающую ей пушистость. Растрескивание происходит под влиянием внешних ивнутренних напряжений 1Й. Внутренние напряжения — это напряжения, возникшие в процессе изготовления образца и взаимно уравновешенные Но перед тем как пленка сойдет с барабана (или непрерывной ленты), она успевает приобрести такую высокую вязкость, что напряжения, возникшие за счет адгезии между пленкой и подложкой, а также неоднородного испарения растворителя с поверхности и из нижних слоев, не успевают отрелаксировать. В готовой пленке в процессе ее эксплуатации могут возникать условия, при которых такая неотрелаксированная пленка дает усадку или искажение поверхности. Поэтому-обычно стремятся предупредить возникновение больших внутренних напряжений или снять их дополнительной обработкой пленки. В начале каждого цикла под влиянием проникающих молекулярных слоев воды напряжения, возникшие ранее при высыхании, релаксируют до нуля. Во второй части цикла, т. е. в процессе высыхания, напряжения при больших деформациях в структуре восстанавливаются до исходных значений под действием сил капиллярной контракции. Так в переходах от цикла к циклу повторяется периодическая смена внутренне напряженного состояния структуры релаксацией напряжений. проделать аналогичный опыт, подвергая согнутую полоску полиметилметакрилата действию паров толуола, то до растрескивания образца пройдет значительно более длительное время. Если напряжения в образце возникли не за счет приложения внешней силы, а, например, при его изготовлении, то растрескивание под действием внешней среды появится еще позже. Некоторое время тому назад автор занимался дистилляцией толуола в металлической колонке, в которой были сделаны стеклянные смотровые окна. Чтобы обеспечить хорошие условия световой изоляции была устроена рама, причем вторая ее половина изготовлялась из полиметилметакрилата. Можно было бы ожидать, что такая конструкция сможет просуществовать лишь в течение нескольких часов. Растрескивания удалось избежать, устранив внутренние напряжения. Из пластмассовых листов вырезали заготовки требуемой формы и просверлили в них отверстия. Затем в течение определенного времени листы подвергли отжигу при температуре несколько меньшей температуры плавления материала, после чего листы медленно и равномерно охладили. Подготовленные таким образом листы соединили болтами со второй половиной рамы и неплотно зажали гайками. Эта колонна работала в течение года и никакого растрескивания не наблюдалось-. Другими словами, растрескивания не произошло потому, что отсутствовали внутренние напряжения. Все напряжения, возникшие в процессе производства, были устранены при отжиге. Для рассмотрения механизма образования статических напряжений рассмотрим простейшую трехкомпонентную модель, обладающую способностью к пластической и высокоэластической деформациям (рис. VIII.20). Если быстро растянуть или сжать такую модель, то в изотермических условиях напряжения, возникшие в высокоэластическом элементе, отрелаксируют до нуля. Напряжения, возникающие при смещении цепи относительно матрицы твердого тела, могут быть также описаны с учетом понятия о коэффициенте трения мономеров ?0 [25]. Смысл такого допущения детально обсуждается Ферри [25], который также приводит перечень численных значений коэффициентов трения мономеров для многих полимеров. Естественно, коэффициенты в сильной степени зависят от температуры. Но даже если проводить сравнение при соответствующей • температуре, например при температуре стеклования каждого полимера, коэффициенты трения мономеров изменяются в зависимости от физической и химической структуры цепи на 10 порядков величины. В верхней части интервала значений получим при соответствующих каждому полимеру температурах стеклования 1740 Нс/м для ПММА, 19,5 Нс/м для ПВА и 11,2 Нс/м для ПВХ [25]. Это означает, что сегмент ПВХ, вытянутый при 80°С из матрицы ПВХ со скоростью 0,005 нм/с, преодолевает силу сдвига 0,056 нН на мономерное звено. При более низких температурах коэффициент молекулярного трения, по существу, растет пропорционально интенсивности спектра времен релаксации Я (т), причем увеличение составляет примерно от одного мируемый твердый стержень придвигается к движущейся нагретой поверхности. Граница стержня имеет незначительную скорость в отрицательном направлении оси у, которая может несколько изменяться при изменении х. Однако можно считать, что при определенном значении х стержень обладает достаточной прочностью, чтобы выдержать сдвиговые напряжения, возникающие в пленке расплава и тем самым препятствовать возникновению компоненты скорости в направлении оси х. меньше вычисленной для идеального полимерного кристалла [24, т. 1, с. 759; т. 2, с. 515; 39, с. 218]. Даже аморфные полимеры, несмотря на то, что надмолекулярные структуры в них относительно слабо развиты, имеют неоднородное строение. Масштаб неодно-родностей структуры полимеров —г микроскопический: он намного меньше размеров образца и в то же время больше молекулярных размеров. Микронеоднородность структуры полимеров приводит к тому, что механические напряжения, возникающие при действии внешних сил, распределяются по объему полимера весьма неравномерно. Масштаб неоднородностей поля напряжений по порядку величины совпадает с масштабом неоднородностей структуры. Вследствие неоднородности поля напряжений отдельные микрообъемы полимера оказываются перегруженными, они как бы концентрируют напряжение. Кроме того, реальные материалы содержат дефекты в виде микротрещин, царапин и т. д., которые также являются концентраторами напряжений. Напряжение в местах концентрации может во много раз превосходить номинальное. Термореакрвные полимеры в отвержденном состоянии имеют жесткие пространственные структуры-и большие внутренние напряжения. Внутренние напряжения, возникающие в клеевых композициях на основе эпоксидных смол, небольшие {69]. С целью предотвращения возникших напряжений и для регулирования адгезионных взаимодействий в состав композиции вводятся высокодисперсные наполнители минерального происможде-ни». Для характеристики эластических свойств резины часто применяются модули растяжения (условные напряжения). Модулями растяжения называются напряжения, возникающие в образце при определенных удлинениях, равных 100, 200, 300, 400 или 500%. Обозначаются они а100 (модуль 100), сг200 (модуль 200) и т. д. В соответствии с этим расчет производится по формуле: Разрыв изолированной макромолекулы при механическом: воздействии (механокрекинг) происходит вследствие того, что-приложенное напряжение превышает прочность химической, связи между атомами основной цепи, величина которой находится в пределах 4—6 Н/связь. В полимере напряжения, возникающие при деформации, распределяются не только па химические валентные связи основной цепи, но и на межмолекулярные связи между цепями. Если бы все макромолекулы были распрямлены и уложены параллельно друг другу, то при. деформации такого пучка они испытывали бы почти одинаковое напряжение были бы равномерно нагружены и для их разрыва потребовались бы очень большие напряжения, превосходящие средние напряжения, возникающие при переработке-и эксплуатации. Однако в реальных условиях различные макромолекулы к даже участки одной и тон же макромолекулы расположены в различных направлениях относительно направления действующей силы. Вследствие этого, а также различной подвижности сегментов, наличия сил внутреннего трения или. межмолекулярного взаимодействия, тепловых флуктуации при деформации полимерных материалов их отдельные структурные элементы испытывают различное напряжение В какой-то точке это напряжение может превысить критическое напряжение, равное прочности химической связи цепи, вследствие чего эта связь рвется. камеру по беговой части заготовки кладут на трубу установки 17 для замораживания места стыка диаметром 35—40 мм, в которой циркулирует охлажденная жидкость. После охлаждения стык приобретает достаточную прочность и выдерживает напряжения, возникающие в беговой части при поддуве. Более прочное соединение концов камерных заготовок достигается при их стыковке внахлестку. Данный способ отличается высокой производительностью и применяется на некоторых зарубежных шинных предприятиях. Причинами механохимической деструкции ПИ являются, с одной стороны, высокие напряжения, возникающие при кристаллизации в процессе деформирования, а с другой — резонансные явления в алкильных радикалах, .приводящие к ослаблению связи С—С в цепи главных валентностей. Усадка при отверждении или термостарении и термическое расширение полимера имеют большое значение, так как они определяют стабильность размеров изделий и внутренние напряжения, возникающие при ограничении деформации полимера. Кроме того, от усадки и термического расширения зависит свободный объем и плотность упаковки молекул, являющиеся одними из основных характеристик полимеров [1, 86]. Здесь под усадкой мы понимаем изменение объема, происходящее при постоянной температуре вследствие реакции отверждения или старения, под термическим расширением — изменение объема полимера к неизменным химическим строением при изменении температуры. При нагревании неполностью отвержденного полимера происходят одновременно оба процесса, что может привести к сложным зависимостям удельного объема системы от времени и Внутренние напряжения в полимерах, обладающих сравни-тельно небольшой усадкой при отверждении, вызваны главным образом различием в термических коэффициентах линейного расширения полимера и подложки или наполнителя [105—109J, Напряжения, возникающие в результате изотермической усадки, для эпоксидных смол очень малы [100]. Термические внутренние напряжения в данной точке системы полимер — твердое тело можно выразить уравнением [104]: Известно, что модуль упругости клея на два и более порядка чем у металлов, а его толщина примерно на порядок меньше толщины образцов. Поэтому при нагружении взаимное перемещение склеенных образцов незначительно и сравнимо с их собственной упругой деформацией [101]. При дальнейшем увеличении нагрузки основную роль начинает играть жесткость клея и подложки. Максимальная деформация склеиваемых материалов наблюдается у кромок соединения, а по мере отдаления от них она снижается. Это свидетельствует о неравномерном распределении напряжений [102] вдоль слоя клея. По мере роста нагрузки напряжения концентрируются на концах нахлестки, вследствие чего возникает «пик» напряжений. Значение этого «пика» в зависимости от жесткости клея может в 3—8 раз превышать средние напряжения, возникающие под действием нагрузки. Поэтому разрушение начинается у кромок соединений. Так как края нахлестки более нагружены, чем ее середина, то прочность обычно повышается не пропорционально площади склеивания. Влияние длины нахлестки в соединении стальных образцов, склеенных клеем Аральдит, на прочность показано ниже [103, 104]:  Насыщенных полимеров Насыщенных углеводородов Насыщенного абсорбента Наблюдаемые изменения Насекомыми вредителями Настоящего руководства Настолько энергично Наступления равновесия Натриевой проволоки |
- |
Навигация